第五章 實(shí)體建模

ANSYS實(shí)體建模自下向上構(gòu)造有限元模型：在構(gòu)造實(shí)體模型時(shí)，首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，再利用這些關(guān)鍵點(diǎn)定義較高級(jí)的實(shí)體圖元（即線、面和體）。這就是所謂的自下向上的建模方法。自上向下構(gòu)造有限元模型：這種一開(kāi)始就從較高級(jí)的實(shí)體圖元構(gòu)造模型的方法就是所謂的自上向下的建模方法。當(dāng)生成一種體素時(shí)，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)生成所有從屬于該體素的較低級(jí)圖元。1

最高級(jí)圖元：?jiǎn)卧ò▎卧d荷）節(jié)點(diǎn)（包括節(jié)點(diǎn)載荷）實(shí)體（包括實(shí)體載荷）面（包括面載荷）線（包括線載荷）最低級(jí)圖元：關(guān)鍵點(diǎn)（包括點(diǎn)載荷）

要點(diǎn)：修改圖元必須由低至高刪除圖元必須由高至低AreasVolumeKeypointsLinesArea2自下向上的方法建模-關(guān)鍵點(diǎn)

關(guān)鍵點(diǎn)是在當(dāng)前激活的坐標(biāo)系內(nèi)定義的。定義關(guān)鍵點(diǎn)的子菜單如圖5-9所示。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用自下向上的方法建模-線生成線單元（如梁）或想通過(guò)線來(lái)定義面時(shí)，才需要定義線。定義線的子菜單如圖5-10至5-13所示。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用自下向上的方法建模-面用到面單元或由面生成體時(shí)，才需定義面。定義面的子菜單如圖5-14至5-18所示。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用自下向上的方法建模-面在有限元模型中，兩個(gè)相接觸的面體素之間或?qū)嶓w體素間默認(rèn)不是真正意義上的連接的，而是有一個(gè)不連續(xù)的“接縫”（此接縫并不真正存在，只是ANSYS處理時(shí)會(huì)認(rèn)為此處有一個(gè)縫），必須用諸如相加（add）、合并（Merge）、粘接（glue）等命令處理一下以消除“接縫”。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用自下向上的方法建模-體體用于描述三維實(shí)體，生成體的命令自動(dòng)生成低級(jí)的圖元。定義面的子菜單如圖5-19至5-24所示2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用自下向上的方法建模-體2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用利用已有的圖元建模由已有的線、面、體生成新的線、面、體選項(xiàng)-由已有的圖元再生成圖元的功能MainMenu:Preprocessor>-Modeling-…1、鏡射(Reflect)

2、平移／修改(Move/Modify)3、復(fù)制(Copy)2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用關(guān)于ReflectReflection操作可關(guān)于一個(gè)坐標(biāo)平面或沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行說(shuō)明：Reflect、Move/Modify、Copy操作的坐標(biāo)軸均屬于當(dāng)前激活坐標(biāo)系。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算布爾操作

是指幾何圖元進(jìn)行組合計(jì)算.ANSYS的布爾操作包括add,subtract,intersect,divide,glue以及overlap.它們不僅適用于簡(jiǎn)單的體素中的圖元，也適用于從CAD系統(tǒng)傳入的復(fù)雜幾何模型.這個(gè)看起來(lái)復(fù)雜的模型，實(shí)際上是一個(gè)方塊與一個(gè)空心的球進(jìn)行求交（intersect）布爾操作的結(jié)果.WZWYWX2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算布爾運(yùn)算在建模的過(guò)程中有著極其重要的作用，只有掌握好布爾運(yùn)算強(qiáng)大的功能才能利用ANSYS建模工具隨心所欲地建立預(yù)期的模型在布爾代數(shù)中，對(duì)一組數(shù)據(jù)可用諸如交、并、減等邏輯運(yùn)算處理。ANSYS程序也允許用戶對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行同樣的布爾運(yùn)算。這樣修改實(shí)體模型就更加容易了。布爾運(yùn)算的子菜單如圖5-29所示。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算（1）交運(yùn)算：求出兩個(gè)或多個(gè)圖元的共有區(qū)域形成一個(gè)新圖元。同類型的圖元求交不同類型圖元求交2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用（2）兩兩相交：求出所有初始輸入圖元中任意兩個(gè)源圖元的公共區(qū)域組成的一個(gè)新的圖元集。兩兩相交2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算（3）加運(yùn)算：得到一個(gè)包含各個(gè)原始輸入圖元的所有部分新圖元（這種運(yùn)算也可稱為并、連接、和）。形成的新圖元是一個(gè)單一的整體，沒(méi)有接縫（實(shí)際上，加運(yùn)算形成的圖元在劃分網(wǎng)格時(shí)常不如搭接(Overlapping)。

A1+A2=A3■A3包含原來(lái)所有面的區(qū)域，不再保留原來(lái)邊界。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用（4）減運(yùn)算：減運(yùn)算比較復(fù)雜。

A1-A2=A3■A3包含原來(lái)所有面的區(qū)域，不再保留原來(lái)邊界。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算（5）

Overlap（搭接）命令用于連接兩個(gè)或多個(gè)圖元，以生成三個(gè)或更多個(gè)新的圖元的集合。搭接命令除了在搭接域周圍成了多個(gè)邊界外，與加運(yùn)算非常相似。搭接操作生成的是多個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域，加運(yùn)算生成的是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域。因而，搭接生成的圖元比加運(yùn)算生成的圖元更容易劃分網(wǎng)格。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算（6）粘接（或合并）

Glue(粘接)命令與搭接命令類似，只是圖元之間僅在公共邊界處相交，且公共邊界的維數(shù)低于原始圖元一維。這些圖元仍然相互獨(dú)立（并沒(méi)有被加在一起），只在邊界上相互連接。（7）分割（partition)略2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算的替代布爾運(yùn)算有時(shí)比較慢且代價(jià)高昂。有些情況下，可用一些其它命令來(lái)代替布爾運(yùn)算。下面列出一些可以替代布爾運(yùn)算的操作。1、拖拉和旋轉(zhuǎn)：用VDRAG和VROTAT命令定義棱柱體或圓柱體，與布爾運(yùn)算生成同樣方便，但更加高效。如中間鉆了孔的長(zhǎng)方體就是一個(gè)很好的例子。（1）將面沿一條路徑拖拉生成體：命令：VDRAGGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongLines（2）將面沿一軸旋轉(zhuǎn)生成圓柱體：命令：VROTATGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AboutAxis2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用布爾運(yùn)算的替代2、延伸和偏移：利用VEXT和VOFFST命令可將二維橫截面偏移或延伸成為三維體。（1）通過(guò)延伸面生成另外的體：命令：VEXTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>ByXYZOffset（2）通過(guò)偏移給定的面生成體：命令：VOFFSTGUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>AlongNormal2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用實(shí)體建模實(shí)例如圖所示一薄板零件，尺寸單位為mm，板厚5mm，試按照ANSYS建模方法，建立相應(yīng)實(shí)體模型。2/5/2023ANSYS入門及應(yīng)用交互操作1.創(chuàng)建矩形MainMenu

>Preprocessor>Create>Rectangle>ByDimensions彈出的對(duì)話框如圖所示實(shí)體建模實(shí)例X1,X2為矩形相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)左右兩個(gè)邊的X坐標(biāo)，Y1,Y2為矩形相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)下上兩個(gè)邊的Y坐標(biāo)。輸入如下數(shù)值X1=0,X2=60;Y1=-10,Y2=10,單擊Apply，輸入第二個(gè)矩形的坐標(biāo)數(shù)值：X1=40,X2=60;Y1=-10,Y2=－30,單擊OK解釋22交互操作2.改變畫法，重畫該圖形UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering彈出如下對(duì)話框解釋將AREAAreaNumbers選中，將[/REPLOT]ReplotuponOK/Apply項(xiàng)設(shè)置為Replot，這樣ANSYS就會(huì)自動(dòng)以不同的顏色區(qū)分不同的面積圖形。實(shí)體建模實(shí)例23交互操作3.將工作平面轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)形式，創(chuàng)建兩個(gè)外圓(1)UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane(toggleon)解釋需要指出的是，單擊該條命令后，并不會(huì)彈出什么窗口，你所看到的只是該條命令前面有一個(gè)被選中的符號(hào)，且在圖形區(qū)域顯示工作平面坐標(biāo)系。實(shí)體建模實(shí)例24交互操作(2)UtilityMenu>WorkPlane>WPSettings解釋在Cartesian(笛卡爾坐標(biāo))和Polar(極坐標(biāo))中間選擇POLAR，顯而易見(jiàn)，這樣做只是為了方便地創(chuàng)建圓孔。同樣在Gridonly、GridandTriad和Triadonly之中選擇GridandTriad。Grid（刪格）：展示刪格，Triad是用來(lái)展示工作平面的坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向。實(shí)體建模實(shí)例25交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle（4）移動(dòng)工作平面，創(chuàng)建第二外圓UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPtoKeypointsMainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle解釋創(chuàng)建圓心為(0,0)，半徑為10的圓。可以參數(shù)值用鍵盤輸入，也可以用鼠標(biāo)移動(dòng)得到。單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。彈出對(duì)話框后，分別選取右側(cè)矩形底邊左右兩個(gè)點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，單擊OK按鈕，則工作平面（極坐標(biāo)）移動(dòng)到了以所取關(guān)鍵點(diǎn)連線的中點(diǎn)為原點(diǎn)的平面上創(chuàng)建圓心為（0，0），半徑為10的圓，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。創(chuàng)建的圖形如圖所示。單擊Toolbar上的SAVE_DB存盤。實(shí)體建模實(shí)例26交互操作4.將面積和在一起MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas選擇pickall，將面積和在一起。5.創(chuàng)建補(bǔ)丁面積并把它們和在一起（1）UtilityMenu>PlotCtrls

>Numbering打開(kāi)linenumbering，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。該命令只是讓ANSYS將圖形中的線加以編號(hào)，方便以后的操作。（2）MainMenu>Preprocessor>Create>LineFillet彈出LineFillet對(duì)話框如圖所示，將兩條線的標(biāo)號(hào)輸入（或鼠標(biāo)選擇），并設(shè)置半徑4，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框解釋實(shí)體建模實(shí)例27交互操作（3）MainMenu>Preprocessor>Create>

Arbitray

>ByLines用鼠標(biāo)選擇三條線L1,L4,L5，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。（4）UtilityMenu>Plot>Areas，并存盤（5）整合面積MainMenu>Preprocessor>Operate>Add>Areas選擇PickAll，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框并進(jìn)行存盤。解釋實(shí)體建模實(shí)例28交互操作6.創(chuàng)建兩個(gè)小圓孔（1）UtilityMenu>Workplane>DisplayWorkingplane(toggleon)（2）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle創(chuàng)建一個(gè)圓心在（0，0），半徑為4的小圓孔，即右下方圓（3）UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>globalorigin（4）MainMenu>Preprocessor>Create>Circle>SolidCircle創(chuàng)建一個(gè)圓心在（0，0），半徑為4的小圓孔，即左邊圓解釋結(jié)果如圖所示實(shí)體建模實(shí)例29交互操作7.從支架中減去兩個(gè)小圓孔，保存數(shù)據(jù)（1）MainMenu>Preprocessor>Operate>Subtract>Areas選取支架為基體(baseareafromwhichtosubtract)，單擊Apply;選取兩個(gè)小圓孔作為被減去部分(areastobesubtracted)，單擊OK按鈕。（2）UtilityMenu>File>saveas輸入MODEL01.DB為文件名，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。建模完成。解釋實(shí)體建模實(shí)例30交互操作1. 啟動(dòng)

ANSYS.

以交互模式進(jìn)入ANSYS，工作文件名為beam.2.

創(chuàng)建基本模型a. MainMenu:Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS...解釋使用帶有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的線模擬梁，梁的高度及橫截面積將在單元的實(shí)常數(shù)中設(shè)置.實(shí)體建模實(shí)例31圖元的繪制、編號(hào)、及刪除32繪制面、線及關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建2D體素后，

ANSYS缺省繪制面.也可以繪制低階的圖元，例如線,...或關(guān)鍵點(diǎn).要繪制面，線或關(guān)鍵點(diǎn):UtilityMenu:Plot>

Keypoints

orLinesorAreas33區(qū)分圖元打開(kāi)面編號(hào)的結(jié)果當(dāng)多個(gè)圖元同時(shí)在圖形窗口中顯示時(shí)，可以通過(guò)打開(kāi)某種圖元類型編號(hào)來(lái)區(qū)分它們，這些圖元以不同的標(biāo)號(hào)和顏色顯示.34區(qū)分圖元打開(kāi)編號(hào)顯示:UtilityMenu:PlotCtrls>

Numbering...選取需要的項(xiàng)目，然后選擇OK.控制是否編號(hào)和顏色同時(shí)顯示(缺省),只顯示編號(hào),或只顯示顏色.35區(qū)分圖元需要牢記的編號(hào)顯示在圖元的“熱點(diǎn)”上.對(duì)于面或體，熱點(diǎn)為圖形中心.對(duì)于線，有三個(gè)熱點(diǎn):..為什么這一點(diǎn)非常重要:

需要在圖形窗口拾取取圖元時(shí)，應(yīng)該點(diǎn)取圖形的熱點(diǎn)，確保拾取所需要的圖元。這對(duì)于有多個(gè)圖形重疊的情況非常重要.（如上圖）36區(qū)分圖元關(guān)于編號(hào)字體的大小缺省的編號(hào)字體比較小，可按下述方法放大：要放大編號(hào)字體:1.UtilityMenu:PlotCtrls>FontControls>EntityFont...2. 選擇需要的字體、尺寸等3. 選擇

OK.4. Utility